[物理]第三章 探测器3.ppt

3.3 光探测器性能参数 光电特性和光照特性 光电特性——当光电器件上的电压一定时，光电流与入射在光电器件上的光通量之间的关系。 （2）光谱特性 光谱响应度：就是指不同波长处的响应能力，又称为光谱灵敏度。 如果探测器对波长为λ的光辐射通量Φ 产生的输出电流为Ip，则其光谱响应度为： 积分灵敏度 指的是在一定条件下，单位光（辐射）量所产生的光电流（电压）大小。 由于各种器件使用的范围及条件不一致，因此灵敏度有各种不同的表示法。A/lm or A/W or V/W。 光谱响应特性曲线 (3) 等效噪声功率和探测率 探测器无信号输入时，也会有噪声输出。若假设此有效噪声值是相当功率的输入信号造成的，则此功率值可作为探测器的噪声水平的衡量。 用NEP的倒数作为衡量探测器最小可探测能力的参数，是单位入射功率相应的信噪比，并称之为探测度，用D来表示： 为了便于对不同面积和不同工作带宽的器件进行比较，因此引入归一化探测率D* （比探测率），其值为 式中：A为器件接收面积，Δf为工作带宽。 D越高，探测器的灵敏度越高，性能越好。 （4）响应时间 探测器对变化信号响应快慢的能力。 当光辐射突然照射或消失时，探测器的输出信号不会立即到达最大值或下降为零，而是出现变化缓慢的上升沿和下降沿。上升或下降的时间就是弛豫时间，或称为响应时间或时间常数（惰性）。这种弛豫现象表现了光电探测器对光强变化反应的快慢。 实际器件的响应都具有滞后现象（惰性）。 起始弛豫（上升时间）定义为响应值上升至稳定值时所需的时间 ，此值约为63%； 衰减弛豫（下降时间）定义为响应值下降至稳定值的 时所需的时间，此值约为37%。 这些上升或下降的时间就表示了器件惰性的大小。 （5）探测器的探测能力 噪声 N：除探测信号之外的测量值。 信噪比： 为了提高信噪比，可增大信号值或减小噪声大小。 按噪声产生的原因，可分为以下几类： 1、外部原因(干扰)：人为噪声； 自然噪声。 通过屏蔽、遮光、背景扣除等手段减少 2、内部原因(噪声)：热噪声；散粒噪声； 暗电流噪声；产生－复合噪声；1/f噪 声；温度噪声；量子（辐射）噪声；放 大器噪声。 几种常见噪声的产生原因及其表示方法 ⒈　热噪声：热噪声是由导体或半导体中载流子随机热激发的波动而引起的无偏压下的起伏电动势、或起伏电流。 [注意]：热噪声虽然是温度T的函数，但并不是温 度变化引起的温度噪声。 属于“白噪声”。即：热噪声的大小与频率的高低无关。 措施：降低温度T；压缩带宽 2、散粒噪声：由于粒子的随机性出现而构成的噪声。 随机事件有：物体辐射的或接收的光子数；阴极发射的电子数；半导体中的载流子数；光电倍增器的倍增系数等。 散粒噪声的大小取决于： 注意： 属于白噪声。 措施：减小背景光；压缩带宽 3、暗电流噪声 许多传感器，即使没有信号输入，也有电流输出。产生的机理随器件不同而不同，如：场致发射、热激发载流子等。 属于白噪声。 措施：降低温度T；压缩带宽 4、 1/f噪声 ?　 1/f噪声又称为闪烁或低频噪声。这种噪声是由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。噪声的电流与电压均方值分别为 ：~2； ：~0.8-1.5; ：比例常数。 工作频率越低，1/f 噪声越大。 PN结的电流方程：(推导过程略) U0 ,第一项迅速增大，代表正向电流； U=0, 等于零，代表平衡状态； U0,第一项趋向于零，第二项代表反向饱和电流。 （二）光照下的PN结 PN结光伏效应 假定光生电子-空穴对在结区，即耗尽区内产生。由于内建电场作用，电子-空穴对被分离，电子从p区向 n区漂移运动，被内电场分离的电子和空穴就在外回路中形成电流。 当P-